精密與特種加工技術(shù)

1、精密與特種加工技術(shù),學(xué)時(shí)：38（ 34理論學(xué)時(shí)+ 4實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)）參考教材： 《精密與特種加工》王貴成 武漢理工大學(xué)出版社 《特種加工》第5版 劉晉春 機(jī)械工業(yè)出版社考核方式：平時(shí)成績20%+期末考試80%,課程性質(zhì)：專業(yè)課程,1、使大家對(duì)現(xiàn)代技術(shù)條件下精細(xì)及特種加工工藝有較為系統(tǒng)的了解，并能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)各種加工機(jī)理進(jìn)行分析； 2、為后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)服務(wù)。,1、認(rèn)識(shí)精密加工、特

2、種加工與復(fù)合加工過程的常見現(xiàn)象和基本規(guī)律，能根據(jù)零件要求合理選擇加工方法和工藝參數(shù)。 2、掌握現(xiàn)代機(jī)械加工工藝實(shí)驗(yàn)研究的基本方法和技能。（從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中進(jìn)行總結(jié)歸納，得出結(jié)論。） 3、對(duì)當(dāng)前先進(jìn)制造工藝技術(shù)的發(fā)展趨勢及成就有初步了解，為后續(xù)生產(chǎn)、研究及技術(shù)開發(fā)工作做基礎(chǔ)。,課程主要任務(wù)：,,思考：1、何為精密與超精密加工，其加工精度怎樣？表面粗糙度又怎樣？2、如何在淬火鋼上加工一個(gè)直徑為6mm、深為10mm的定位銷孔？

3、3、如何在厚為12mm的硬質(zhì)合金板上加工一個(gè)四方形或者六角形的型孔？4、如何在在0.1mm厚的鎢箔上加工出直徑為0.05±0.002mm的微孔？,,精密加工：精密切削、精密磨削；特種加工：電火花加工、電火花線切割加工、電 化學(xué)加工、高能束加工（激光加工、 電子束和離子束加工）、超聲加工、 快速成形技術(shù)、復(fù)合加工等。,精密加工——加工精度；特種加工——加工方法

4、（與傳統(tǒng)加工相比）。,精密加工是指加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到極高精度的加工工藝，通常包括精密切削加工和精密磨削加工，在不同制造業(yè)發(fā)展時(shí)期其最高技術(shù)指標(biāo)有所不同。,用于精密機(jī)床、精密測量儀器等制造業(yè)中的關(guān)鍵零件加工，如精密絲杠、精密齒輪、精密蝸輪、精密導(dǎo)軌、精密滾動(dòng)軸承等，在當(dāng)前制造工業(yè)中占有極重要的地位。 超精密加工是指被加工零件的尺寸公差為0.1～0.01μm數(shù)量級(jí)，表面粗糙度Ra值為0.01μm數(shù)量級(jí)的加工方法。,超精密

5、加工基本理論：去除的切削層越薄零件精度越高。例如：金剛石車：去除1納米厚的切削層。 超精密加工是尖端技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展中不可缺少的關(guān)鍵加工手段。,◆ 幾種典型精密零件的加工精度,◆ 精密加工與超精密加工的發(fā)展,當(dāng)前精密和超精密加工精度從微米到亞微米，乃至納米，在汽車、家電、IT電子信息高技術(shù)領(lǐng)域和軍用、民用工業(yè)有廣泛應(yīng)用。像精密機(jī)床、精密測量儀器等制造業(yè)中的關(guān)鍵零件加工，如精密絲杠、精密齒輪、精密蝸輪、精密導(dǎo)軌、精密滾

6、動(dòng)軸承等，在當(dāng)前制造工業(yè)中占有極重要的位置。,精密和超精密加工的應(yīng)用場合？,精密和超精密加工已成為國際經(jīng)濟(jì)競爭，尤其是發(fā)展尖端技術(shù)、發(fā)展國防工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。 如：美國MX戰(zhàn)略導(dǎo)彈制造系統(tǒng)的陀螺儀精度比民兵Ⅲ型洲際導(dǎo)彈陀螺儀的精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，其命中的圓概率誤差由原來的500m減小到50~150m。,精密與超精密加工地位,精密與超精密加工技術(shù)是一個(gè)國家制造業(yè)水平重要標(biāo)志例：美國哈勃望遠(yuǎn)鏡形狀精度0.01μm；超大規(guī)模集成電路最

7、小線寬0.1μm，日本金剛石刀具刃口鈍圓半徑達(dá)2nm。,精密加工與超精密加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)基礎(chǔ)和關(guān)鍵例：美國陀螺儀球圓度0.1μm，粗糙度Ra0.01μm，導(dǎo)彈命中精度控制在50m范圍內(nèi)；英國飛機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片加工誤差從60μm降至12μm，發(fā)電機(jī)壓縮效率從89%提高到94%；齒形誤差從3-4μm減小1μm，單位重量齒輪箱扭矩可提高一倍。,精密與超精密加工地位,精密加工與超精密加工技術(shù)是新技術(shù)的生長點(diǎn) 精密與超精密加

8、工技術(shù)涉及多種基礎(chǔ)學(xué)科和多種新興技術(shù)，其發(fā)展無疑會(huì)帶動(dòng)和促進(jìn)這些相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。,瓦特早在18世紀(jì)70年代就發(fā)明了蒸氣機(jī)，但為何到19世紀(jì)才得以應(yīng)用？,因?yàn)榭嘤谥圃觳怀龈呔鹊恼魵鈾C(jī)氣缸。無法推廣應(yīng)用。直到有人創(chuàng)造出和改進(jìn)了氣缸鏜床，解決了蒸汽機(jī)主要部件的加工工藝，才使蒸汽機(jī)得到廣泛應(yīng)用，引起了世界性的第一次產(chǎn)業(yè)革命。,“東芝事件”…,冷戰(zhàn)時(shí)期，前蘇聯(lián)用從日本東芝公司“購買”的大型三坐標(biāo)數(shù)控銑床加工出高精度潛艇用螺旋漿，噪音大

9、大降低，使美國設(shè)在全球的偵聽網(wǎng)失效。不得不花費(fèi)大量經(jīng)費(fèi)與時(shí)間來研制新的偵聽設(shè)備。為此美國政府對(duì)東芝公司進(jìn)行制裁，不許東芝公司在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)入美國市場。,,新的加工方法對(duì)人類的生產(chǎn)和物質(zhì)文明起了極大的作用！,特種加工是將電能、熱能、光能、聲能和磁能等物理能量及化學(xué)能量或其組合乃至與機(jī)械能組合直接施加到被加工的部位上，從而實(shí)現(xiàn)材料去除的加工方法，也被稱為非傳統(tǒng)加工技術(shù)。,特種加工的應(yīng)用場合？,到目前為止，已經(jīng)找到了多種這一類的加工方法

10、，為區(qū)別現(xiàn)有的金屬切削加工，將這類傳統(tǒng)切削加工以外的新的加工方法統(tǒng)稱為 特種加工；國外：非傳統(tǒng)加工 ( NTM , Non-Traditional Machining ) 或非常規(guī)機(jī)械加工(NCM , Non-Conventional Machining )。,主要用于： 1、難加工材料的加工（淬火鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石等）； 2、模具及復(fù)雜型面加工（型腔、型孔、微小異型孔等）；,特種加工就是當(dāng)傳統(tǒng)切

11、削加工方法對(duì)產(chǎn)品（或材料）無法實(shí)施或保證不了規(guī)定的精度要求時(shí)而應(yīng)用物理的（力、熱、聲、光、電）或化學(xué)的方法進(jìn)行加工的手段。,特種加工的產(chǎn)生及發(fā)展,從第一次產(chǎn)業(yè)革命—— 第二次世界大戰(zhàn)前，是傳統(tǒng)的機(jī)械加工（切削加工和磨削），其本質(zhì)和特點(diǎn)：,靠刀具材料比工件硬 靠機(jī)械能切除工件上多余材料,切削這么硬的材料，車刀很快就蹦刃。,傳統(tǒng)切削加工方法很難甚至無法承擔(dān)上述加工任務(wù)。 人們開始探索新的加工方法。,不僅用機(jī)械能，而且還采用：..

12、....,,,1943年，前蘇聯(lián)拉扎林柯夫婦在研究開關(guān)觸點(diǎn)遭受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因時(shí)，逆向思維，用細(xì)銅絲在淬火鋼上加工出小孔，開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工—特種加工中的先驅(qū)。 首次擺脫了傳統(tǒng)的切削加工方法，獲得了“以柔克剛”的效果。,二次世界大戰(zhàn)以后，隨著生產(chǎn)發(fā)展和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要，尖端科學(xué)技術(shù)產(chǎn)品要求機(jī)械制造部門解決各種難切削材料的加工問題、各種特殊復(fù)雜表面的加工問題、各種超精光整或具有特殊要求的零件的加工問題。 要解

13、決上述一系列工藝問題，依靠傳統(tǒng)的切削加工很難實(shí)現(xiàn)，甚至根本無法實(shí)現(xiàn)，人們相繼探索研究新的加工方法，特種加工應(yīng)運(yùn)而生得到發(fā)展。,1）用機(jī)械能以外的其他能量(電、光、聲、熱、化學(xué))等去除工件上多余的材料，以達(dá)到圖樣上全部技術(shù)要求。2）打破傳統(tǒng)的硬刀具加工軟材料的規(guī)律，刀具硬度可低于被加工材料的硬度，可謂“以柔克剛”。3）加工過程中工具和工件間不存在顯著的切削力。 4 ）從原理上來說特種加工可以加工任何硬度、強(qiáng)度、韌性、脆性的金屬或非金

14、屬材料。,特種加工已經(jīng)成為當(dāng)前機(jī)械制造領(lǐng)域不可缺少的加工方法，為新產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)提供了許多加工手段，為新材料的研制提供了應(yīng)用基礎(chǔ)。,1）電能與熱能作用方式有：電火花成形與穿孔加工、電火花線切割加工、電子束加工和等離子束加工。2）電能與化學(xué)能作用方式有：電解加工、電鑄加工和刷鍍加工。3）化學(xué)能與機(jī)械能作用方式有：電解磨削、電解珩磨。4）聲能與機(jī)械能作用方式有：超聲波加工5）光能與熱能作用方式有：激光加工。6）電能與機(jī)械能作用方式

15、有：離子束加工。7）液流能與機(jī)械能作用方式有：擠壓珩磨和水射流切割。,特種加工方法的特點(diǎn),對(duì)機(jī)械制造技術(shù)提出了新的要求,第一，解決各種難加工材料的問題,第二，解決各種復(fù)雜表面的加工問題,第三，解決各種超精或具有特殊要求的零件的加工問題。,,,,如對(duì)表面質(zhì)量和精度要求很高，以及低剛度零件的加工。,高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性的金屬及非金屬材料的加工,如噴氣渦輪機(jī)葉片、整體渦輪、注射模的立體成型表面等,,特種加工對(duì)機(jī)械制造工藝技術(shù)的影響

16、 1）提高了材料的可加工性； 2）改變了零件的工藝路線； 3）縮短了新產(chǎn)品的試制周期； 4）對(duì)產(chǎn)品和零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生較大影響； 5）需重新評(píng)估傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)工藝性。,1）解決各種難切削材料的加工問題,硬質(zhì)合金、鈦合金、耐熱鋼、金剛石、寶石；石英、玻璃、陶瓷。,提高了材料的加工性,材料的加工性不再與硬度、強(qiáng)度、韌性、塑性等成直接、正比關(guān)系。,2）解決各種特殊復(fù)雜表面的加工問題,如噴氣渦輪機(jī)葉片、巡航導(dǎo)彈整體

17、渦輪、各種模具、特殊斷面的型孔、噴絲頭等。,3）解決具有特殊要求零件的加工問題,如薄壁、細(xì)長軸等低剛度零件。,4) 改變了零件的典型工藝路線,成形加工,淬 火,淬 火,成形加工（NTM）,,,5) 對(duì)產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來很大影響,鑲拼結(jié)構(gòu),整體結(jié)構(gòu),,例如：方孔、小孔、彎孔、窄縫等。,6) 對(duì)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝性好壞，需要重新衡量,快速成形技術(shù)： 光固化成形、激光快速原型制造、熔融沉積成形、層

18、疊實(shí)體制造等。,7) 試制新產(chǎn)品,,1）充分融合現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和精密制造技術(shù)等高新技術(shù)，使加工設(shè)備向自動(dòng)化和柔性化方向發(fā)展。 2）大力開發(fā)新的特種加工方法，包括微細(xì)加工和復(fù)合加工。,特種加工的發(fā)展趨勢,結(jié)束語,就總體而言，特種加工可以加工任何硬度、強(qiáng)度、韌性、脆性的金屬或非金屬材料，且專長于加工復(fù)雜、微細(xì)表面和低剛度零件，同時(shí)，有些方法還可以進(jìn)行超精加工，鏡面光整加工和納米加工。,外因是條件，內(nèi)因是根本